温差发电现状及前景
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温差能发电现状及前景
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研究背景 温差能发电概念
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国内外温差发电技术的研究进展状况
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温差发电的利用 结语
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致谢
项目背景
随着世界能源危机、环境污染的日益加剧、 人口的迅猛增长，人类对能源的需求日益增加， 迫切需要一种新型能源来替代传统能源。
随着科技的进步更多的新型能源得以发现研究和发展
技术分布现状
国外 分部
1821年Seebeck发现塞贝克效应以来，国外对温差发电进 行了大量的研究，1947年，第一台温差发电器问世效率 综述仅为1.5%，在随后的几十年中温差发电机成功用于 航天飞机、军事和远洋探索上，20世纪80年代初，美国 又完成500～1000W军用温差发电机的研制同时日本武装 部队开展了一列以“固体废物燃烧能源回收研究计划” 为题的政府计划，研究用于固体废物焚烧炉的废热发电 技术，将透平机和温差发电机结合，实现不同规模垃圾 焚烧热的最大利用。2006年，BSST的科学家和BMW联合宣 布，商用的汽车温差发电器将于2013年投入使用。 Douglas等针对热源动态变化情况，设计出多模块交互回 路温差发电器，在相同热源下，输出功率最大提高25%。 技术进步将大幅度降低发电成本，增加其竞争能力。日 本、法国、比利时等国已经建成一些海水温差发电站， 功率从100千瓦至10000千瓦不等。
谢 谢 指 导
温差发电技术是一种绿色环保发电方式，它可以合理利用太阳 能、地热能、海洋热能、工业余热等低品位能源转化成电能。
温差能发电
温差发电是一种新型的发电方式，它是利用塞 贝克效应将热能直接转换为电能，当两种不同 金属（或半导体）连接成一个闭合回路，将它 们的接点放到两个温度不同的地方，则总的热 电效应（又称温差电效应）将同时发生的四种 不同效应：塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊 效应（Thomson effect）、焦耳效应（Joule effect）。其中，前三种效应是电和热可以相 互转换的可逆效应。而另外一种效应即焦耳效 应则是不可逆效应。这四种效应构成了温差电 研究的理论基础。
温差发电原理
最基本的半导体温差发电器
件是由P、N两种类型不同的 半导体温差电材料经电导率 较高的导流片串联并将导流 片固定于导热系数较小的陶 瓷片上而成。下图所示的是 一个最简单、最基本的温差 电器件。当在器件的两端建 立一个温差，根据塞贝克效 应，将产生一个电压，若将 回路中接入负载电阻，则将 有电流流过,电流方向在N极 中由冷端流向热端，P极中 由热端流向冷端。整个过程 中还伴随着其它可逆的热电 应和不可逆的热效应。
图为已经商业化得新 型手表，它利用人体 所提供的热量作为电 源，利用热电微器件 发电系统将热能转为 电能
利用热电发电系统作为能源的新型手表
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研究 方向ຫໍສະໝຸດ 2通过模拟仿真实验对温 差发电器参数进行优化 使温差发电在最匹配条 件下工作提高效率
进一步研究 热电材料的 微观结构和 制造工艺对 热电性能的 影响,开发新 型的超晶格 热电材料和 纳米热电材 料提高材料 的热电能。
• 安全无污染。热电材料无气态或液态介质存在，而且在能量转变过程中 没有废水、废气等污染物的排出，是一种对环境近乎零排放的能源材料， 这对于保护环境、改善人类生存与可持续发展具有重要的意义。
缺 点
温差能利用的最大 困难是温差太小， 能量密度太低。温 差能转换的关键是 强化传热传质技术
温差发电效率低， 目前一般都不高于 百分之十四
温差发电技术的应用
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海洋温差能的利用 温差能在航空军事上的利用
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边远地区供电
火力发电厂效率的提高 垃圾焚烧工业余热温差发电 其他方面的应用
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•据计算，从南纬20度 到北纬20度的区间海洋 洋面，只要把其中一半 用来发电，海水水温仅 平均下降l℃，就能获 得600亿千瓦的电能， 相当于目前全世界所产 生的全部电能。专家们 估计，单在美国的东部 海岸由墨西哥湾流出的 暖流中，就可获得美国 在1980年需用电量的75 倍。
技术分布现状
国内 分部
国内研究进展国内在温差发电方面的研究起步相对 较晚，主要集中在理论和热电材料的制备等方面的 研究。陈金灿课题组从20世纪80年代开始对温差发 电器的基础理论进行研究，对温差发电器的性能进 行优化分析，得到很多有意义的成果。屈健等研究 了不可逆情况下发电器的输出功率和效率随外部条 件的性能变化规律。李玉东等提出从火用的角度对 低温差下发电器的工作性能进行分析。贾磊等提出 低温及大温差工况下汤姆逊热对输出功率的影响不 可忽略的观点。贾阳等建立温差发电器热电耦合分 析模型,以数值计算的方法分析了热电材料物性参 数及其变化对发电器工作特性的影响等等。
优点
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•转换过程中不需要机械运动部件，不需要附加的驱动、传 动系统，因而结构紧凑，没有震动和噪声
• 在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能，通过选择合适 的半导体材料类别，可以在很宽的温度范围内(300K—1400K)利用热能。
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•安装、使用简便，控制和维护方便，可长期免维护工作。体积小，重量轻， 使得携带、运输、保养便利
展望
由于独特的优势，温差发电技术在航天、军用领域展
示了很好的应用前景同时作为一种绿色环保的发电方 式，近年来民用领域的应用同样发展迅速。尽管目前 温差发电的效率普遍低于百分之十四，但随着新型高 性能热电材料以及性能可靠的温差发电器的研究与开 发，温差发电技术将会更大地发挥其在低品位能源利 用方面的优势。
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•法国的Arsened Arsonval于1881年首次 提出海洋温度差发电的 构想。即发明利用海水 表层（热源）和深层 （冷源）之间的温度差 发电的电站。于是1930 年Claude在古巴的近海， 首次利用海洋温度差能 量发电成功。
图2为已经商业化得新型手表，它利用人体所提供的热量 作为电影，利用热电微器件发电系统将热能转为电能。